Будова прокаріотичної клітини креслення з підписами. Будова клітини прокаріотів (доядерних)

Прокаріотичні клітини— це найбільш примітивні, дуже просто влаштовані організми, що зберігають риси глибокої давнини. До прокаріотичним(або доядерним) організмам відносять бактерії та синьо-зелені водорості (ціанобактерії). На підставі спільності будови та різких відмінностей від інших прокаріотичних клітин виділяють у самостійне царство дробянки.

Розглянемо будову прокаріотичної клітиниз прикладу бактерій. Генетичний апарат прокаріотичної клітини представлений ДНК єдиної кільцевої хромосоми, що знаходиться в цитоплазмі і не відмежований від неї оболонкою. Такий аналог ядра називають нуклеоїдом. ДНК не утворює комплексів з білками і тому всі гени, що входять до складу хромосоми, працюють, тобто. з них безперервно зчитується інформація.

Прокаріотична клітинаоточена мембраною, що відокремлює цитоплазму від клітинної стінки, утвореної зі складної, високополімерної речовини. У цитоплазмі органел мало, але є численні дрібні рибосоми (бактеріальні клітини містять від 5000 до 50 000 рибосом).

Будова прокаріотичної клітини

Цитоплазма прокаріотичної клітини пронизана мембранами, що утворюють ендоплазматичну мережув ній і знаходяться рибосоми, що здійснюють синтез білків.

Внутрішня частина клітинної стінки прокаріотичної клітини представлена плазматичною мембраною, випинання якої в цитоплазму утворюють мезосоми, що беруть участь у побудові перегородок клітин, репродукції, і є місцем прикріплення ДНК. Дихання у бактерій здійснюється у мезосомах, у синьо-зелених водоростей у цитоплазматичних мембранах.

У багатьох бактерій усередині клітини відкладаються запасні речовини: полісахариди, жири, поліфосфати. Резервні речовини, включаючись в обмін речовин, можуть продовжувати життя клітини без зовнішніх джерел енергії.

(1-клітинна стінка, 2-зовнішня цитоплазматична мембрана, 3-хромосома(кільцева молекула ДНК), 4-рибосома, 5-мезосома, 6-впячивание зовнішньої цитоплазмотичної мембрани, 7-вакуолі, 8-джгутики, 9-стопки мембран, яких здійснюється фотосинтез)

Як правило, бактерії розмножуються поділом надвоє. Після подовження клітини поступово утворюється поперечна перегородка, що закладається у напрямку зовні всередину, потім дочірні клітини розходяться або залишаються пов'язаними в характерні групи - ланцюжки, пакети і т.д. Бактерія кишкова паличкакожні 20 хвилин подвоює свою чисельність.

Для бактерій характерне спороутворення. Воно починається з відшнурування частини цитоплазми від материнської клітини. Відшнурована частина містить один геном і оточена цитоплазматичної мембраною. Потім довкола суперечки виростає клітинна стінка, нерідко багатошарова. У бактерій спостерігається статевий процес у формі обміну генетичною інформацією між двома клітинами. Статевий процес підвищує спадкову мінливість мікроорганізмів.

Більшість живих організмів об'єднано в надцарство еукаріотів, що включають царство рослин, грибів та тварин. Еукаріотичні клітини більші прокаріотичних клітинскладаються з поверхневого апарату, ядра та цитоплазми.

Еукаріотична клітина

Еукаріотичні(еукаріотні)клітини містять ядрокоординуюче життєдіяльність клітини, в якому знаходиться спадковий апарат організму, та численні органоїди, що виконують різноманітні функції. Більшість еукаріотів є аеробами, тобто використовують в енергетичному обміні кисень повітря.

Прокаріотичні клітини- це найбільш примітивні, дуже просто влаштовані організми, що зберігають риси глибокої давнини. До прокаріотичним(або доядерним) організмам відносять бактерії та синьо-зелені водорості (ціанобактерії). На підставі спільності будови та різких відмінностей від інших прокаріотичних клітин виділяють у самостійне царство дробянки.

Розглянемо будову прокаріотичної клітиниз прикладу бактерій. Генетичний апарат прокаріотичної клітини представлений ДНК єдиної кільцевої хромосоми, знаходиться в цитоплазмі та не відмежований від неї оболонкою. Такий аналог ядра називають нуклеоїдом. ДНК не утворює комплексів з білками і тому всі гени, що входять до складу хромосоми, працюють, тобто. з них безперервно зчитується інформація.

Цитоплазма прокаріотичної клітини пронизана мембранами, що утворюють ендоплазматичну мережу, в ній знаходяться рибосоми, що здійснюють синтез білків.

Як правило, бактерії розмножуються поділом надвоє. Після подовження клітини поступово утворюється поперечна перегородка, що закладається у напрямку зовні всередину, потім дочірні клітини розходяться або залишаються пов'язаними до характерних груп - ланцюжка, пакети і т.д. Бактерія – кишкова паличка кожні 20 хвилин подвоює свою чисельність.

Малюнок 1 - Зображення прокаріотичної клітини

Малюнок 4 - Будова джгутика грамнегативних бактерій.
1 – нитка; 2 - гак; 3 – базальне тіло; 4 – стрижень; 5 - L-кільце; 6 - P-кільце; 7 - S-кільце; 8 - M-кільце; 9 – ЦПМ; 10 – периплазматичний простір; 11 - пептидоглікановий шар; 12 - зовнішня мембрана

Будова клітин нижчих прокаріотів значно простіша (рис.1). При цьому різна будова ядерного апарату не є єдиною ознакою, яка відрізняє еукаріотичну клітину від прокаріотичної.

Одним із основних структурних компонентів клітини прокаріотів є клітинна оболонка (Рис. 2, 3). До складу клітинної оболонки бактерій входять складні молекулярні комплекси, що складаються з білків, полісахаридів та жироподібних речовин. Будучи твердою, вона служить як би скелетом клітини, надаючи їй певної форми. Клітинна оболонка прокаріотів утворює своєрідний бар'єр на шляху проходження розчинених речовин із навколишнього середовища всередину клітини. Клітини ціанобактерій покриті еластичною пектиновою оболонкою. У деяких видів бактерій на поверхні клітини утворюється шар слизу, що утворює як би футляр. капсулу .

До поверхневих структур клітин багатьох бактерій відносяться джгутики - органи руху, що є довгими дуже тонкими нитками, спіральні, хвилясті або вигнуті (рис. 4).

Малюнок 3 - Клітинна стінка грамнегативних бактерій (А) та будова молекули ліпополісахариду (Б).
А. Клітинна стінка грамнегативних бактерій 1 – цитоплазматична мембрана; 2 - пептидоглікановий шар; 3 – периплазматичний простір; 4 – молекули білків; 5 – фосфоліпід; 6 - ліпополісахарид.
Б. Будова молекули ліпополісахариду 1 - ліпід А; 2 - внутрішнє полісахаридне ядро; 3 - зовнішнє полісахаридне ядро; 4 - О-антиген

Довжина джгутиків може значно перевищувати довжину тіла бактерії. Кількість та розташування джгутиків є характерною видовою ознакою. Деякі види бактерій мають один джгутик ( монотрихи ), в інших джгутики розташовуються пучками на одному або обох кінцях клітини ( лофотріхи ), у третіх є по одному джгутику на обох кінцях клітини ( амфітріхи ), у четвертих вони покривають всю поверхню клітини ( перитріхи ).

До оболонки впритул прилягає цитоплазматична мембрана. Вона має вибіркову проникність - пропускає всередину клітини і відводить з неї певні речовини. Завдяки такій здатності, мембрана відіграє роль органели, що концентрує поживні речовиниусередині клітини та сприяє виведенню назовні продуктів життєдіяльності. Усередині клітини завжди спостерігається підвищений порівняно з довкіллям осмотичний тиск. Цитоплазматична мембрана забезпечує його сталість. Крім того, вона є місцем локалізації ряду ферментних систем, зокрема окислювально-відновних ферментів, пов'язаних з отриманням енергії (у еукаріотів вони знаходяться в мітохондріях). На відміну від клітин еукаріотів, у прокаріотичній клітині відсутня розподіл її на відсіки. Клітини прокаріотів немає ні комплексу Гольджі , ні мітохондрій , немає у них спрямованого руху цитоплазми . Явлення піноцитозу та фагоцитозу прокаріотам не властиві. З органел тільки рибосоми аналогічні рибосом еукаріотів.

У багатьох бактеріальних клітинах виявлено спеціальні мембранні структури – мезосоми , що утворилися в результаті втягування цитоплазматичної мембрани всередину клітини Роль їх досі остаточно не з'ясовано. Існують припущення щодо участі мезосом у найважливіших внутрішньоклітинних процесах поділу клітини, синтезу речовин клітинної оболонки, в енергетичному обміні.

Всі живі організми можуть бути розподілені в одну із двох груп (прокаріоти або еукаріоти) залежно від основної структури їх клітин. Прокаріоти - живі організми, що складаються з клітин, які не мають клітинного ядра та мембранних органел. Еукаріоти – живі організми, яких містять ядро, а також мембранні органели.

Клітина є фундаментальною складовою нашого сучасного визначення життя та живих істот. Клітини розглядаються як основні будівельні блоки життя і використовуються у визначенні того, що означає бути «живим».

Давайте поглянемо одне визначення життя: «Живі істоти - це хімічні організації, які з клітин і здатні розмножуватися» (Китон, 1986). Це визначення базується на двох теоріях - клітинної теоріїта теорії біогенезу вперше була запропонована наприкінці 1830-х років німецькими вченими Маттіасом Якобом Шлейденом та Теодором Шванном. Вони стверджували, що всі живі істоти складаються із клітин. Теорія біогенезу, запропонована Рудольфом Вірховим в 1858 році, стверджує, що всі живі клітини виникають із існуючих (живих) клітин і не можуть з'явитися спонтанно з неживої матерії.

Компоненти клітин укладені в мембрану, яка служить бар'єром між зовнішнім світом та внутрішніми складовими клітини. Клітинна мембрана – вибірковий бар'єр, це означає, що він пропускає деякі хімічні речовини, що підтримують рівновагу, необхідну для життєдіяльності клітин.

Клітинна мембрана регулює переміщення хімічних речовин із клітини в клітину такими способами:

дифузія (тенденція молекул речовини до мінімізації концентрації, тобто переміщення молекул з області з більш високою концентрацією до області з нижчою до моменту вирівнювання концентрації);
осмос (рух молекул розчинника через частково проникну мембрану для того, щоб зрівняти концентрацію розчиненої речовини, яка не в змозі рухатися через мембрану);
селективний транспорт (за допомогою мембранних каналів та насосів).

Прокаріоти - організми, які з клітин, які мають клітинного ядра чи будь-яких мембранних органел. Це означає, що генетичний матеріал ДНК у прокаріотів не пов'язаний в ядрі. Крім того, ДНК прокаріотів менш структурована, ніж у еукаріотів. У прокаріотах ДНК одноконтурна. ДНК еукаріотів організована в хромосоми. Більшість прокаріотів складаються тільки з однієї клітини (одноклітинні), але є кілька і багатоклітинних. Вчені поділяють прокаріотів на дві групи: і .

Типова клітина прокаріота включає:

плазматичну (клітинну) мембрану;
цитоплазму;
рибосоми;
джгутики та пили;
нуклеоїд;
плазміди;

Еукаріоти

Еукаріоти - живі організми, клітини яких містять ядро та мембранні органели. Генетичний матеріал у еукаріотів знаходиться в ядрі, а ДНК організована в хромосоми. Еукаріотичні організми можуть бути одноклітинними та багатоклітинними. є еукаріотами. Також еукаріоти включають рослини, гриби та найпростіших.

Типова клітина еукаріота включає:

ядерце;

До прокаріотів належать архебактерії, бактерії та синьо-зелені водорості. Прокаріоти- Одноклітинні організми, у яких відсутні структурно оформлене ядро, мембранні органоїди та мітоз.

Розміри – від 1 до 15 мкм. Основні форми: 1) коки (кулясті), 2) бацили (паличкоподібні), 3) вібріони (вигнуті у вигляді коми), 4) спірили та спірохети (спірально закручені).

1 - коки; 2 - бацили; 3 - вібріони; 4-7 - спірили та спірохети.

1 - цитоплазматична мемб-рану; 2 - клітинна стінка; 3 - слизова-та кап-сула; 4 - цито-плазма; 5 - хромо-сомна ДНК; 6 - рибосоми; 7 - мезо-сома; 8 - фото-синтетичні мемб-рани; 9 - включення; 10 - джгу-тики; 11 - пили.

Бактеріальна клітина обмежена оболонкою. Внутрішній шар оболонки представлений цитоплазматичної мембрани (1), над якою знаходиться клітинна стінка (2); над клітинною стінкою у багатьох бактерій – слизова капсула (3). Будова та функції цитоплазматичної мембрани еукаріотичної та прокаріотичної клітин не відрізняються. Мембрана може утворювати складки, які називаються мезосомами(7). Вони можуть мати різну форму(мішковидні, трубчасті, пластинчасті та ін.).

На поверхні мезосом розташовуються ферменти. Клітинна стінка товста, щільна, жорстка, складається з муреїну (головний компонент) та інших органічних речовин. Муреїн є правильною мережею з паралельних полісахаридних ланцюгів, зшитих один з одним короткими білковими ланцюжками. Залежно від особливостей будови клітинної стінки бактерії поділяються на грампозитивні(фарбуються за Грамом) і грамнегативні(Не фарбуються). У грамнегативних бактерій стінка тонша, влаштована складніше і над муреїновим шаром зовні є шар ліпідів. Внутрішній простір заповнений цитоплазмою (4).

Генетичний матеріал представлений кільцевими молекулами ДНК. Ці ДНК можна умовно розділити на «хромосомні» та плазмідні. «Хромосомна» ДНК (5) — одна, прикріплена до мембрани, містить кілька тисяч генів, на відміну від хромосомних ДНК еукаріотів вона не лінійна, не пов'язана з білками. Зона, в якій розташована ця ДНК, називається нуклеоїдом. Плазміди- Позахромосомні генетичні елементи. Є невеликі кільцеві ДНК, не пов'язані з білками, не прикріплені до мембрани, містять невелику кількість генів. Кількість плазмід може бути різною. Найбільш вивчені плазміди, що несуть інформацію про стійкість до лікарським препаратам(R-фактор), що беруть участь у статевому процесі (F-фактор). Плазміда, здатна поєднуватися з хромосомою, називається епісомою.

У бактеріальній клітині відсутні всі мембранні органоїди, характерні для еукаріотичної клітини (мітохондрії, пластиди, ЕПС, апарат Гольджі, лізосоми).

У цитоплазмі бактерій знаходяться рибосоми 70S-типу (6) та включення (9). Як правило, рибосоми зібрані у полісоми. Кожна рибосома складається з малої (30S) та великої субодиниці (50S). Функція рибосом: складання поліпептидного ланцюжка. Включення можуть бути представлені глибками крохмалю, глікогену, волютину, ліпідними краплями.

У багатьох бактерій є джгутики(10) та пили (фімбрії)(11). Джгутики не обмежені мембраною, мають хвилясту форму і складаються із сферичних субодиниць білка флагеліну. Ці субодиниці розташовані по спіралі та утворюють порожнистий циліндр діаметром 10-20 нм. Джгутик прокаріотів за своєю структурою нагадує одну з мікротрубочок еукаріотичного джгутика. Кількість та розташування джгутиків може бути різним. Пили - прямі ниткоподібні структури на поверхні бактерій. Вони тонші і коротші за джгутики. Є короткі порожнисті циліндри з білка пиліна. Пили служать для прикріплення бактерій до субстрату та один до одного. Під час кон'югації утворюються спеціальні F-пили, якими здійснюється передача генетичного матеріалу від однієї бактеріальної клітини до іншої.

Спороутворенняу бактерій - спосіб переживання несприятливих умов. Спори формуються зазвичай по одній усередині «материнської клітини» і називаються ендоспорами. Спори мають високу стійкість до радіації, екстремальних температур, висушування та інших факторів, що викликають загибель вегетативних клітин.

Розмноження.Бактерії розмножуються безстатевим способом — розподілом «материнської клітини» надвоє. Перед поділом відбувається реплікація ДНК.

Рідко у бактерій спостерігається статевий процес, у якому відбувається рекомбінація генетичного матеріалу. Слід наголосити, що у бактерій ніколи не утворюються гамети, не відбувається злиття вмісту клітин, а має місце передача ДНК від клітини-донора до клітини-реципієнта. Розрізняють три способи передачі ДНК: кон'югація, трансформація, трансдукція.

- односпрямоване перенесення F-плазміди від клітини-донора до клітини-реципієнта, що контактують один з одним. При цьому бактерії з'єднуються один з одним особливими F-пилами (F-фімбріями), каналами яких фрагменти ДНК і переносяться. Кон'югацію можна розбити на такі етапи: 1) розкручування F-плазміди; 2) проникнення одного з ланцюгів F-плазміди в клітину-реципієнта через F-пилю; 3) синтез комплементарного ланцюга на матриці одноланцюгової ДНК (відбувається як у клітині-донорі +), і у клітині-реципієнті (F -)).

Трансформація— односпрямоване перенесення фрагментів ДНК від клітини-донора до клітини-реципієнта, які не контактують одна з одною. При цьому клітина-донор або «виділяє» з себе невеликий фрагмент ДНК, або ДНК потрапляє до навколишнього середовища після загибелі цієї клітини. У будь-якому разі ДНК активно поглинається клітиною-реципієнтом та вбудовується у власну «хромосому».

Трансдукція- Перенесення фрагмента ДНК від клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою бактеріофагів.

Віруси

Віруси складаються з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) та білків, що утворюють оболонку навколо цієї нуклеїнової кислоти, тобто. являють собою нуклеопротеїдний комплекс. До складу деяких вірусів входять ліпіди та вуглеводи. Віруси містять завжди один тип нуклеїнової кислоти або ДНК, або РНК. Причому кожна з нуклеїнових кислот може бути як одноланцюгової, так і дволанцюжкової, як лінійної, так і кільцевої.

Розміри вірусів – 10-300 нм. Форма вірусів:куляста, паличкоподібна, ниткоподібна, циліндрична та ін.

Капсид- Оболонка вірусу, утворена білковими субодиницями, покладеними певним чином. Капсид захищає нуклеїнову кислоту вірусу від різних впливів, забезпечує осадження вірусу на поверхні клітини-хазяїна. Суперкапсидхарактерний для складноорганізованих вірусів (ВІЛ, віруси грипу, герпесу). Виникає під час виходу вірусу з клітини-господаря і є модифікованою ділянкою ядерної або зовнішньої цитоплазматичної мембрани клітини-господаря.

Якщо вірус знаходиться всередині клітини-господаря, він існує у формі нуклеїнової кислоти. Якщо вірус знаходиться поза клітиною-хазяїном, то він являє собою нуклеопротеїдний комплекс, і ця вільна форма існування називається віріоном. Віруси мають високу специфічність, тобто. вони можуть використовувати для своєї життєдіяльності строго певне коло господарів.

У циклі репродукції вірусу можна назвати такі стадії.

Осадження на поверхні клітини-господаря.
Проникнення вірусу в клітину-господаря (можуть потрапити в клітину-господаря шляхом: а) «ін'єкції»; б) розчинення оболонки клітини вірусними ферментами; в) ендоцитозу; потрапивши всередину клітини (вірус переводить її білок-синтезуючий апарат під власний контроль).
Вбудовування вірусної ДНК у ДНК клітини-господаря (у РНК-вірусів перед цим відбувається зворотна транскрипція - синтез ДНК на матриці РНК).
Транскрипція вірусної РНК.
Синтез вірусних білків.
Синтез вірусних нуклеїнових кислот.
Самоскладання та вихід із клітини дочірніх вірусів. Потім клітина або гине, або продовжує існувати та виробляти нові покоління вірусних частинок.

Вірус імунодефіциту людини вражає головним чином CD4-лімфоцити (хелпери), на поверхні яких є рецептори, здатні зв'язуватися з білком поверхневим ВІЛ. Крім того, ВІЛ проникає у клітини ЦНС, нейроглії, кишечника. Імунна системаорганізм людини втрачає свої захисні властивості і виявляється не в змозі протистояти збудникам різних інфекцій. Середня тривалість життя інфікованої людини становить 7-10 років.

Джерелом зараження є лише людина — носій вірусу імунодефіциту. СНІД передається статевим шляхом, через кров та тканини, що містять вірус імунодефіциту, від матері до плода.

Перейти до лекції №8«Ядро. Хромосоми»

Перейти до лекції №10Поняття про обмін речовин. Біосинтез білків»